Diseño de baterías bioinspiradas
Baterías flexibles de iones de sodio mejoradas por metilación del electrolito
Las baterías acuosas flexibles, como las utilizadas en la electrónica portátil, suelen contener un electrolito de hidrogel con agua y sal. Gracias a una modificación química inspirada en la naturaleza, un equipo de investigadores chinos ha aumentado considerablemente la estabilidad a la sal de los hidrogeles utilizados en las baterías de iones de sodio. Una simple metilación del polímero estructural del hidrogel evitó la salinización y mejoró la capacidad y el rendimiento cíclico de la batería, según informa el equipo en la revista Angewandte Chemie.
© Wiley-VCH
Las baterías de iones de sodio son una alternativa prometedora a las de iones de litio, ya que contienen materiales más baratos y ecológicos que éstas. Sin embargo, las nuevas baterías requieren el desarrollo de muchos componentes nuevos, todos ellos adaptados al ion sodio. Uno de los componentes más esenciales es el electrolito, que en el caso de las pilas finas y flexibles suele tener forma de hidrogel. Estos materiales flexibles que contienen agua absorben las sales de sodio disueltas y pueden conducir los iones.
A pesar de la idoneidad de los hidrogeles, un problema aún no resuelto es la separación de fases y la salinización a las altas concentraciones de sal necesarias para una amplia ventana de estabilidad electroquímica. Guanglei Cui y sus colegas de la Academia China de Ciencias de Qingdao (China) han conseguido modificar un hidrogel para una batería de iones de sodio para que absorba mucha más sal de forma estable y segura.
Para lograrlo, recurrieron a una técnica empleada también en la naturaleza para regular la fijación de agua y sal en grandes biomoléculas: la metilación. En las proteínas, la metilación provoca el "taponamiento" de los grupos amina y amida, que se vuelven menos accesibles para las moléculas de agua que intervienen en la reticulación dentro de la estructura proteica y la disolución de los iones salinos.
Como los polímeros de poliamida utilizados para los hidrogeles también contienen grupos amida, su extensa reticulación a través de moléculas de agua puede provocar la salinización, que conduce a la ruptura del electrolito. Teniendo esto en cuenta, el equipo comparó un hidrogel hecho de una poliamida común con otro hecho de una poliamida con grupos amida metilados. Este último fue capaz de absorber mucha más sal que la variante original. Incluso a concentraciones de sal récord, el electrolito de hidrogel se mantuvo transparente y estable.
El mayor contenido de sal permite ampliar el rango de tensión electroquímicamente utilizable de la célula. Además, el equipo no observó ningún signo de desintegración en los electrodos, mejoró la estabilidad de los ciclos y la célula de batería ensamblada alcanzó una capacidad mayor que la variante no metilada. Incluso fue posible utilizar papel de aluminio barato como colector de corriente en este sistema.
Los autores sugieren que la simple metilación de la poliamida también podría ser adecuada para otras tecnologías, por ejemplo, en el desarrollo de fármacos, para hacer hidrogeles más resistentes a las sales y, por tanto, más estables.
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